Johannes Diderik van der Waals Capítulo 8 Moléculas 8.1 Ligações Moleculares 8.2 Espectros Moleculares Johannes Diderik van der Waals (1837 – 1923)

Movimentos nas Moléculas 8.1 Ligações Moleculares Movimentos nas Moléculas Os núcleos das moléculas vibram Frequência intermediária: ~1011 - 1013 Hz Os núcleos das moléculas rodam Frequência baixa: ~109 - 1010 Hz

Vibrações da água

Ligações Moleculares Uma Molécula é uma entidade electricamente neutra que possui mais do que um átomo As propriedades químicas de uma substância não são determinadas por uma molécula isolada, mas por um conjunto mínimo destas Pode ser formada por: um único átomo - Hélio (He) mais de um átomo do mesmo elemento – Oxigénio (O2) átomos de elementos diferentes - Água (H2O) Existem moléculas formadas por centenas ou até mesmo milhares de átomos, como é o caso das proteínas A Força Coulombiana (Força eléctrica) é a única que liga os átomos A combinação de forças atractivas e repulsivas cria uma estrutura molecular estável Iónicas Covalentes de Van der Waals Metálicas de Hidrogénio Tipos de Ligações Moleculares

Ligações Iónicas É o mecanismo de ligação mais simples Exemplo O sódio (1s22s22p63s1) cede o seu electrão da camada 3s se tornando o ião Na+ (catião), enquanto o cloro (1s22s22p63s23p5) ganha este electrão se tornando o ião Cl− (anião). Desta forma temos a formação da molécula NaCl (cloreto de sódio)

Ligações Covalentes Os átomos não são facilmente ionizáveis Os átomos envolvidos em ligações covalentes compartilham seus electrões de valência Exemplos As moléculas diatómicas formadas pela combinação de dois átomos idênticos tendem a ser covalentes (H2) Moléculas grandes são formadas por ligações covalentes Diamante

Ligações de Van der Waals São ligações fracas encontradas em líquidos e sólidos em baixa temperatura Exemplos: grafite No grafite, as ligações de van der Waals mantêm juntas as folhas adjacentes de átomos de carbono Como consequência, com pouca fricção, uma camada desliza sobre a outra Gases Nobres

Ligações Metálicas Os electrões de valência são compartilhados por vários átomos Exemplos: K, Na, Ag, Cu

Ligações de Hidrogénio Também chamada de ponte de hidrogénio. Mantém principalmente moléculas orgânicas juntas numa solução

8.2 Espectros Moleculares Espectroscopia Molecular Podemos aprender acerca das moléculas estudando como elas absorvem, emitem e espalham a radiação electromagnética Estados Rotacionais De acordo com o teorema da equipartição de energia uma molécula pode ser considerada como dois átomos mantidos juntos, ligados por uma haste rígida sem massa e girando em torno do seu centro de massa (cm) (Modelo do rotor rígido) Num sistema puramente rotacional, a energia cinética é expressa em termos do momento angular L e o momento de inércia I

Obtemos os níveis de energia L é quantizado Substituindo em Obtemos os níveis de energia Erot varia somente como função do número quântico

Estados Vibracionais Os modos de energia vibracional também podem ser excitados Podem ocorrer também excitações térmicas Também é possível estimular a vibração nas moléculas através de radiação electromagnética Consideramos que os dois átomos são massas pontuais e que estão ligados por uma mola sem massa com movimento harmónico simples (MHS)

Obtemos os níveis de energia resolvendo a equação de Schrödinger para um oscilador harmónico simples, com energia potencial V A energia vibracional do oscilador mecânico quântico é é a frequência do oscilador de duas partículas, e é a massa reduzida e k a constante da mola No caso da ligação ser puramente iónica, pode-se calcular k supondo que a força que mantém as massas juntas é puramente Coulombiana é a força restauradora, assim: e

Combinação de Vibração e Rotação É possível excitar modos vibracionais e rotacionais simultaneamente A energia de um sistema simples de vibração-rotação é dada por: As energias vibracionais são espaçadas em intervalos regulares Nas transições entre os estados de + 1 e as energias dos fotões serão As energias dos fotões são espaçadas em intervalos regulares

Os estados electrónicos para uma molécula diatómica Normalmente o espectro molecular observado envolve transições electrónicas, vibracionais e rotacionais Os estados electrónicos para uma molécula diatómica

Parte do espectro de emissão do N2 Os espectros atómicos são espectros de riscas Os espectros moleculares são espectros de bandas Parte do espectro de emissão do N2

Espectro de absorção do HCl Frequência central